在温度为T1=(27+273)K=300K时,气柱中的空气的压强和体积分别为
P1=P0+h (1)
V1=LSC(2)
当气柱中空气的温度升高时,气柱两侧的水银将被缓慢压入A管和B管.设温度升高到T2时,气柱右侧水银刚好全部压到B管中,使管中水银高度增大
△h=
bSc
SB (3)
由此造成气柱中空气体积的增大量为
△V′=bSc(4)
与此同时,气柱左侧的水银也有一部分进入A管,进入A管的水银使A管中的水银高度也应增大△h,使两支管的压强平衡,由此造成气柱空气体积增大量为
△V″=△hSA(5)
所以,当温度为T2时空气的体积和压强分别为
V2=V1+△V′+△V″(6)
P2=P1+△h(7)
由状态方程知
P1V1
T1=
P2V2
T2(8)
由以上各式,代入数据可得
T2=347.7K(9)
此值小于题给的最终温度T=273+tK,所以温度将继续升高.从这时起,气柱中的空气作等压变化.当温度到达T时,气柱体积为V=
T
T2V2(10)
代入数据可得
V=0.72cm3(11)
答:气柱中空气温度缓慢升高到 t=97℃时空气的体积0.72cm3.